土石坝心墙裂缝扩展与自愈合发生条件的室内试验研究

论文摘要

心墙裂缝的扩展和自愈合问题是目前高心墙坝设计中急需解决的关键科学问题之一,对其开展研究,有益于解决实际工程问题和进一步完善土石坝设计理论。在总结前人研究成果的基础上,依托教育部科学技术研究重点项目(编号208114),通过调查、试验和分析等方法,对土石坝心墙裂缝扩展和自愈合的发生机理、影响因素等方面进行了系统深入地研究。完成的主要工作及取得的成果如下:(1)水力劈裂的发生条件包括物质和力学两个方面。前者是心墙上游面存在裂缝和心墙土料的低透水性,该条件通常是具备的;后者是库水进入裂缝后形成的足够强的“水楔”作用。由于“水楔”作用的形成需要快速的蓄水速率和心墙土体为非饱和状态,水力劈裂通常易发生在水库的初次蓄水期,若心墙土体为饱和状态或者稳定渗流已经形成,发生水力劈裂现象的可能性将不大。(2)基于土石坝自愈合室内试验思路和原理,研制了一套适于研究土石坝心墙裂缝自愈合现象的试验仪器,并已申请我国发明专利,同时提出了一种用渗出水量来表征心墙裂缝变化情况的试验方法。(3)通过39组试验的现象和数据,并从心墙裂缝所处环境出发,分析了自愈合发生的条件,即物质条件和受力条件。其中物质条件是心墙中存在裂缝,心墙能抗高强度冲刷,以及粗细土粒结合紧密的反滤层;受力条件是需要较高的水压力来冲刷裂缝内壁。(4)通过试验成果结合有关理论,得出起于心墙上游面但未贯穿心墙的裂缝、截面积小的裂缝、心墙含水率接近或等于最优含水率、心墙料干密度不宜过大或过小、心墙料细颗粒比例大、反滤料干密度较大、反滤层粗细土颗粒搭配属于极限状态等情况下均有利于提高心墙裂缝自愈合能力。(5)依据心墙裂缝自愈合的发生条件和分析有关因素对其的影响,分别从土的外因(裂缝遭受较高水头的冲刷)和内因(土体遇水膨胀)揭示了心墙裂缝自愈合的机理。自愈合发生的机理主要分为两个方面,一是土粒在裂缝内的再沉积作用充填堵塞裂缝;二是裂缝内壁土粒膨胀引起裂缝宽度减小甚至闭合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题依据
• 1.3 研究意义
• 1.4 国内外研究现状及发展动态
• 1.4.1 心墙裂缝的形成
• 1.4.2 心墙裂缝的扩展
• 1.4.3 心墙裂缝的自愈合
• 1.5 本文的主要研究内容
• 1.6 本文研究的主要技术路线
• 第二章 土石坝心墙裂缝扩展的条件和机理
• 2.1 概述
• 2.2 心墙裂缝发生扩展的条件
• 2.2.1 物质条件
• 2.2.2 力学条件
• 2.2.3 蓄水条件
• 2.3 心墙裂缝扩展的机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 土石坝心墙裂缝扩展与自愈合的室内试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验方法研究
• 3.2.1 土质心墙坝的典型大坝断面
• 3.2.2 试验中对土质心墙坝结构的简化
• 3.2.3 心墙裂缝扩展及自愈合现象的试验原理
• 3.3 试验仪器研制
• 3.4 试样制备及试验步骤
• 3.5 试验类型设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 土石坝心墙裂缝自愈合室内试验过程及结果分析
• 4.1 心墙裂缝特性对其自愈合的影响
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 研究目的及试验方案
• 4.1.3 试验土料
• 4.1.4 试验1#过程及结果
• 4.1.5 试验5#过程及结果
• 4.1.6 试验结果分析
• 4.2 心墙料特性对心墙裂缝自愈合的影响
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 研究目的及试验方案
• 4.2.3 试验土料
• 4.2.4 试验9#过程及结果
• 4.2.5 试验11#过程及结果
• 4.2.6 试验结果分析
• 4.3 反墙料特性对心墙裂缝自愈合的影响
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 研究目的及试验方案
• 4.3.3 试验土料
• 4.3.4 试验24#过程及结果
• 4.3.5 试验29#过程及结果
• 4.3.6 试验结果分析
• 4.4 心墙-刚性结构物接触面裂缝与心墙裂缝并存试验研究
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 研究目的及试验方案
• 4.4.3 试验土料
• 4.4.4 试验混凝土
• 4.4.5 试验34#过程及结果
• 4.4.6 试验37#过程及结果
• 4.4.7 试验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 土石坝心墙裂缝自愈合的机理及影响因素
• 5.1 自愈合的条件
• 5.1.1 物质条件
• 5.1.2 受力条件
• 5.2 自愈合的机理及概念模型
• 5.2.1 自愈合机理
• 5.2.2 自愈合的概念模型
• 5.3 自愈合的影响因素
• 5.3.1 裂缝类型及形态的影响
• 5.3.2 心墙料特性的影响
• 5.3.3 反滤料特性的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 不足之处
• 6.4 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果